(19)
(11) EP 0 380 415 A1

(12) DEMANDE DE BREVET EUROPEEN

(43) Date de publication:
01.08.1990  Bulletin  1990/31

(21) Numéro de dépôt: 90400207.8

(22) Date de dépôt:  24.01.1990
(51) Int. Cl.5F02F 3/10
(84) Etats contractants désignés:
DE ES FR GB IT SE

(30) Priorité: 27.01.1989 FR 8901037

(71) Demandeur: FLOQUET MONOPOLE
F-78301 Poissy (FR)

(72) Inventeurs:
  • Dubray, Jacques Claude
    F-78670 Villennes/Seine (FR)
  • Pogu, Patrick Maurice
    F-78130 Les Mureaux (FR)
  • Dagommer, Alain Serge
    F-78260 Achères (FR)

(74) Mandataire: Picard, Jean-Claude Georges et al
Cabinet Plasseraud 84, rue d'Amsterdam
75009 Paris
75009 Paris (FR)


(56) Documents cités: : 
   
       


    (54) Piston composite, notamment pour moteurs à combustion interne


    (57) Piston composite, notamment pour moteurs à combustion interne, dont la jupe (3) porte un revêtement (5, 6) à résistance mécanique élevée, à faible coefficient de frottement, constitué d'une résine synthétique armée de fibres à haut module d'élasticité, caractérisé en ce que la résine est de la famille des polymères sulfoniques.




    Description


    [0001] La présente invention concerne un piston composite, notamment pour moteurs à combustion interne, dont la jupe porte un revêtement à résistance mécanique élevée, à faible coefficient de frottement, constitué d'une résine synthétique armée de fibres à haut module d'élasticité.

    [0002] Le but de l'invention est essentiellement de réduire les frottements entre la jupe du piston et le cylindre.

    [0003] On sait que le rôle de la jupe est d'assurer le guidage dans le cylindre de la partie qui assure l'étanchéité, à savoir de la partie dite "porte-­segments". La jupe a donc une surface relativement importante, et est la source de frottements, de bruit, et donc de perte d'énergie. Pour éviter le risque de grippage du fait de la jupe, le jeu entre elle et le piston doit être assez important de l'ordre de plusieurs dizaines de microns, ce qui entraîne une augmentation de la consommation d'huile.

    [0004] On comprend donc que le but de la présente invention, en réduisant les frottements, est d'éliminer ces inconvénients de la technique antérieure, et ceci quel que soit le métal constituant le corps du piston : acier ou alliage léger.

    [0005] Pour ce faire, un piston conforme à la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que la résine est de la famille des polymères sulfoniques, les fibres à haut module d'élasticité étant de préférence des fibres de carbone, verre ou autre.

    [0006] Les polymères sulfoniques sont tout spécialement appropriés à l'application envisagée. Ils comprennent plus particulièrement, comme matériaux susceptibles d'être utilisés dans le revêtement en question, le polysulfone (PS), le polyéthersulfone (PES) et le polyphénylsulfone (PPS). Leurs principales caractéristiques sont les suivantes :
    POLYMERES SULFONIQUES
    PROPRIETES POLYSULFONE POLYETHERSULFONE POLYPHENYLSULFONE
    Masse volumique g/cm³ 1,24 1,37 1,29
    Module de traction (MPa) 2 480 2 400 2 300
    Module de flexion (MPa) 2 700 2 600 2 400
    Contrainte en flexion (MPa) 106 129 85
    Température de résistance en continu (°C) 150 175 190


    [0007] De préférence, la résine comportera une charge de graphite, matériau bien connu pour ses qualités de lubrifiant. La résine pourra également contenir du polytétrafluoréthylène (PTFE) ou, préférentiellement, un polymère fluoré du type copolymère éthylène-­polytétrafluoréthylène (ETFE).

    [0008] Le copolymère éthylène-PTFE, appelé ETFE, est très facile à mettre en oeuvre et sera en général préférable au PTFE, auquel il est supérieur pour l'ensemble de ses propriétés, exception faite de sa résistance à la température.

    [0009] Le tableau de comparaison entre le PTFE et l'ETFE est le suivant :
    PROPRIETES PTFE ETFE
    - Densité 2,14 à 2,18 1,7
    - Contrainte de rupture (MPa) 20 à 40 45
    - Résistance à la flexion(MPa) 18 à 20 24
    - Module de traction (MPa) 350 à 750 825
    - Dureté shore D 55 à 59 75
    - Température de résistance en continu (°C) 200 à 250 160


    [0010] Un piston conforme à l'invention pourra encore être caractérisé en ce que ladite résine comporte une charge à hautes propriétés mécaniques telle que des microbilles creuses de verre ; il pourra contenir environ 10 à 15 % en poids de microbilles creuses de verre.

    [0011] Les microbilles creuses de verre sont constituées de minuscules bulles transparentes à paroi de verre extrêmement fine (1 à 3µ ) du type borosilicate, emplies d'un gaz inodore et non toxique.
    Caractéristiques physiques :
    Densité apparente (g/cm³) 0,16 - 0,20
    Granulométrie (µ) 5 - 200
    Diamètre moyen (µ) 80
    Température de ramollissement (°C) 750
    Résistance à l'écrasement (bar) 140
    Conductivité thermique (W/m°/c) 0,055


    [0012] L'utilisation des microbilles creuses de verre dans les revêtements du type concerné leur confère d'excellentes propriétés physiques, à savoir une réduction sensible de leur densité, une amélioration de leur conductibilité thermique, de leur résistance aux chocs (micro-absorbeurs d'énergie), une réduction du retrait et de la fissuration lors du durcissement (équirépartition des températures et des contraintes résiduelles) et une diminution très sensible du prix volumique des revêtements fabriqués.

    [0013] Parmi les compositions particulièrement intéres­santes, on pourra retenir celle dans laquelle le revête­ment comprend environ 60 à 80 % en poids de polymère sulfonique, environ 10 % en poids de fibres de carbone, environ 10 % en poids de graphite, et environ 10 % en poids de ETFE.

    [0014] Avec les différents matériaux qui viennent d'être définis, on a constaté un gain de l'ordre de 45 % sur les pertes par frottements, d'où un gain conséquent en énergie, et une diminution des bruits et des risques de grippage. Le jeu entre la jupe du piston et le cylindre peut être réduit à quelques microns au lieu de plusieurs dizaines, d'où, en outre, une diminution notable de la consommation d'huile.

    [0015] Deux modes d'exécution de l'invention vont main­tenant être décrits, à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel :

    - la figure 1 représente un piston conforme à l'invention, en coupe axiale selon le plan qui contient l'axe de l'articulation au pied de bielle, à savoir selon la ligne I-I de la figure 2 ;

    - la figure 2 est une vue en élévation du piston;

    - la figure 3 est une vue en coupe horizontale selon la ligne III-III de la figure 1 ;

    - la figure 4 est une vue en coupe axiale selon la ligne IV-IV de la figure 1 ;

    - la figure 5 est un détail de la figure 4 ;

    - les figures 6 et 7 sont les deux vues en élé­vation d'une variante de piston conforme à l'invention ;

    - la figure 8 est une vue en coupe horizontale selon la ligne VIII-VIII de la figure 6 ; et

    - la figure 9 est une vue en coupe axiale selon la ligne IX-IX de la figure 6.



    [0016] Sur l'ensemble des figures, la référence 1 désigne le fond du piston, 2 le porte-segments, et 3 la jupe. La référence 4 désigne les paliers de l'axe d'articulation au pied de bielle.

    [0017] Sur les figures 1 à 5, on a représenté un revêtement constitué d'un seul élément en forme de bague cylindrique 5 fixée sur ladite jupe 3.

    [0018] Ce revêtement possède l'une des compositions indiquées plus haut.

    [0019] Il est fixé sur la jupe 3 par tous moyens appro­priés, pouvant comprendre le vissage (figure 5), le frettage et le collage, moyens utilisés seuls ou dans leurs différentes combinaisons.

    [0020] Dans la variante des figures 6 à 9, ledit revêtement est constitué de deux éléments en forme de portions de cylindre 6, diamétralement opposés sur ladite jupe 3, étant centrés sur l'axe X-X perpendiculaire à l'axe d'articulation Y-Y du pied de bielle.

    [0021] Les moyens de fixation desdits éléments 6 sur la jupe 3 comprennent le collage et la fixation méca­nique par picots, queue-d'aronde ou rivetage, moyens utilisés seuls ou dans leurs différentes combinaisons.

    [0022] Lorsque l'on utilise de la colle, il est avan­tageux d'utiliser une colle du type adhésif polyamide, époxyde ou analogue.

    [0023] Sera particulièrement approprié un adhésif polyamide imide à base de N-méthyl 2-pyrrolidone.

    [0024] Il est à noter que le profil définitif du revêtement 5 ou 6 lui sera généralement conféré par usinage, en même temps que celui des parties métalliques du piston, après montage sur la jupe 3.

    [0025] Cependant, il peut être envisagé de prendre des précautions de moulage du revêtement telles qu'un usinage ultérieur de celui-ci ne soit pas nécessaire.

    [0026] En tout cas, et ceci constitue un avantage supplémentaire de l'invention, le profil du revêtement pourra, grâce à ses qualités de glissement considéra­blement améliorées, être grandement simplifié, par rapport aux profils actuels compliqués des jupes métalliques classiques.

    [0027] Enfin, il est également envisageable d'élaborer le revêtement par pulvérisation sur la jupe, ce qui simplifierait la fabrication.


    Revendications

    1. Piston composite, notamment pour moteurs à combustion interne, dont la jupe (3) porte un revêtement (5, 6) à résistance mécanique élevée, à faible coefficient de frottement, constitué d'une résine synthétique armée de fibres à haut module d'élasticité, caractérisé en ce que la résine est de la famille des polymères sulfoniques.
     
    2. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résine est un polysulfone.
     
    3. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résine est un polyphénylsulfone.
     
    4. Piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résine est un polyéthersulfone (PES).
     
    5. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite résine contient un polymère fluoré du type copolymère éthylène-polytétrafluoréthylène (ETFE).
     
    6. Piston selon l'une quelconque des revendica­tions 1 à 4, caractérisé en ce que ladite résine contient du polytétrafluoréthylène (PTFE).
     
    7. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites fibres à haut module d'élasticité sont des fibres de carbone.
     
    8. Piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites fibres à haut module d'élasticité sont des fibres de verre.
     
    9. Piston selon l'une quelconque des revendi­cations précédentes, caractérisé en ce que ladite résine comporte une charge de graphite.
     
    10. Piston selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite résine comporte une charge à hautes propriétés mécaniques telle que des microbilles creuses de verre.
     
    11. Piston selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit revêtement comprend environ 10 à 15 % en poids de microbilles creuses de verre.
     
    12. Piston selon l'une quelconque des revendica­tions précédentes, caractérisé en ce que ledit revêtement comprend environ 60 à 80 % en poids de polymère sulfonique, environ 10 % en poids de fibres de carbone, environ 10 % en poids de graphite, et environ 10 % en poids de ETFE.
     
    13. Piston selon l'une quelconque des revendi­cations précédentes, caractérisé en ce que ledit revêtement est une pièce rapportée, constituée d'un (5) ou plusieurs (6) éléments.
     
    14. Piston selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué d'un seul élément en forme de bague cylindrique (5) fixée sur ladite jupe (3).
     
    15. Piston selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit revêtement est constitué de deux éléments en forme de portions de cylindre (6), diamétra­lement opposés sur ladite jupe (3), étant centrés sur l'axe (X-X) perpendiculaire à l'axe d'articulation (Y-Y) du pied de bielle.
     
    16. Piston selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de fixation dudit revêtement en forme de bague cylindrique (5) sur la jupe (3) comprennent le vissage, le frettage et le collage, moyens utilisés seuls ou dans leurs différentes combinaisons.
     
    17. Piston selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de fixation desdits éléments (6) sur la jupe (3) comprennent le collage et la fixation mécanique par picots, queue-d'aronde ou rivetage, moyens utilisés seuls ou dans leurs différentes combinaisons.
     
    18. Piston selon la revendication 16 ou 17, mettant en oeuvre le collage, caractérisé en ce que la colle est du type adhésif polyamide, époxyde ou analogue.
     
    19. Piston selon l'une quelconque des revendica­tions 1 à 12, caractérisé en ce que ledit revêtement est élaboré par pulvérisation sur ladite jupe (3).
     




    Dessins










    Rapport de recherche